宇宙的终结.doc

宇宙的终结宇宙的终结摘要: 宇宙的起源是什么?时间空间的本质又是什么?这些尚未解决的问题已经困扰了人类几千年。针对宇宙的起源问题, 比利时数学家勒梅特提出的宇宙大爆炸理论已经成为学术界的主流学说。现代科学观测也已经证明宇宙在大范围内是不断膨胀的, 然而我们面临的问题是: 宇宙将会无休止的膨胀下去吗?宇宙继续膨胀下去的后果是什么?本文将利用热力学第二定律得出宇宙最终会达到一种“热寂”的状态。“热寂说”作为热力学第二定律的推论最早由克劳修斯提出,这一推论的正确性引发了科学及哲学界一百多年的争论。关键词:宇宙;终结;热力学;热寂中图分类号: P14 文献标识码: A文章编号: 1005-5312 ( 2011 ) 20-0288-01 一、引言现代科学早已证明物质世界的古代物质是不断转化为无形的辐射的。仅仅太阳在每一小时内因为向外辐射而损失的质量就高达 150 亿吨。辐射出去的物质不断的在太空中运动, 直到时间的终结。即使在实验室里, 我们也能观测到一些较重的原子, 例如铀也在不断地的向外辐射, 变成较为简单的原子。因为类似的辐射, 地球每天损失的质量约为 40 千克。然而我们却不会因为这样而担心宇宙最终会灭亡。因为如果把整个宇宙看做一个整体的系统, 那么整个辐射的过程仅仅为整个闭合回路的一个部分, 因此太阳、地球损失的质量在大范围内可以得到弥补。这就好像在地球范围内的水循环一样, 水的总量是不变的。二、热力学定律的解释我们目前的宇宙为什么会充满活力?针对这个问题的答案各种各样, 但是在物理学上的最佳的解释却很简答, 答案是能量。使地球不断运动产生昼夜变换、四季更替的是机械能, 使万物生长的能量是太阳能。其中热力学第一定律告诉我们能量是不生不灭的, 只能由一种形式转换为另外一种形式。因此我们很容易得出结论, 使宇宙充满生机的能量不灭, 因此我们的生命也将永存。然而热力学第二定律却否认了这个美好的愿望。一切与热运动有的物理化学过程都具有不可逆性。能量的总量不会发生变化, 但是它的形式会发生变化, 并且能量的转变向着一个大的方向转变。这个方向即是热力学中提到的熵增的方向, 如果逆向转变则十分困难, 甚至不可能。我们知道可以很容易的将 100 焦耳的光能转化为等量的热能, 但是我们却无法让 100 焦耳的热能完全转化为光能。人们曾经计算过, 如果能将地球上海水的温度平均降低一度,那么海水放出的热量将能供人类使用上万年。当然热力学第二定律否定了这种设想,并指出第二类永动机不可能造成。三、宇宙的热寂宇宙中普遍的辐射现象也类似,实验指出辐射能总是转变为波长更长的形式, 绝不会转变为波长更短的形式。从量子力学的角度来解释就是少数的高能量量子转化为多个低能量量子, 能量子分解就像打碎的鸡蛋一样很难甚至不能回复到原来的状态。这里可以引入高效能和低效能的概念,我们可以简单的将高能量子态的能量成为高效能, 低能量子态的能量成为低效能。在炽热的恒星首先释放出的是超短波、超高能量子。这些能量子在离开恒星以后在宇宙中向前运动。当它们碰上宇宙尘埃、零星的原子、自由电子或者其他的太空物质时, 会增大其辐射波的波长。最后, 无数次的碰撞使得最初的超高能量子消失, 取而代之的是大